CN209123225U - 一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机牵引消防水枪的灭火装置，包括可旋转的固定设在无人机下方的平衡机构，消防水枪固定设在平衡机构上；平衡机构包括三轴云台，三轴云台包括连接在无人机下方的横向旋转轴、连接在横向旋转轴下方的Z字形第一臂杆、位于Z字形第一臂杆下方的倒U字形第二臂杆、连接在Z字形第一臂杆与倒U字形第二臂杆之间的俯仰旋转轴，在无人机上设置三轴云台，一方面固定消防水枪，在消防水枪通过喷水对火灾灭火过程中具有平衡无人机的作用，另一方面是通过操控三轴云台在空间三个维度转动，带动消防水枪转动，使得消防水枪瞄准火灾的火势密集处进行喷水灭火，提高灭火效率，达到精准灭火。

Description

一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置

技术领域

本实用新型涉及灭火装置，尤其是涉及一种无人机灭火装置。

背景技术

近年来，随着我国城市进程的加快和城市建设的快速发展，各地高层建筑和超高层建筑的数量和地标建筑不断增加，当几十米甚至上百米的高楼发生火灾时，会面临高空灭火的难题。普通云梯消防车的有效工作高度为30～50m，再高的也只有60～70m，世界上最高的云梯消防车的有效工作高度最高为101m，但因为价格昂贵，维修养护困难，在中国只有少数经济发达的大城市才有引进。且高楼火灾具有火势蔓延快和扑救难度大的特点，由于高楼结构复杂、人员密集，一旦失火难以控制和逃离，因此高楼火灾已经成为威胁城市公众安全和社会发展的主要灾害之一。

无人机技术在现在是相对成熟的技术，操作灵活，速度快，可以不受地理环境的限制到达指定地点，现有的无人机灭火装置中有如下缺点：一是将无人机用于火场救援的实践行为，一般是通过无人机直接携带着灭火物质，到达指定地点后再将灭火物质投掷到火灾现场，由于无人机运载量小，携带的灭火物质数量有限，工作效率低，若使用多架无人机，则需要多人操作，耗费大量人力、物力；二是将水枪固定在无人机上不够稳固，可能会出现水枪脱落的现象，导致实际操作中可能产生高空坠物的危险；三是现有无人机上设有水枪，只能通过操控无人机从而调节水枪喷射的高度及方向，使用无人机调节高度比较慢，可能会延误灭火时间，无法达到精准灭火的效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，在无人机上设置三轴云台，一方面固定消防水枪，在消防水枪喷水过程中平衡无人机，另一方面是通过操控三轴云台在空间三个维度转动，带动消防水枪转动，瞄准火灾处，提高灭火效率，达到精准灭火。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案是：一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，包括可旋转的固定设在无人机下方的平衡机构，消防水枪固定设在平衡机构上；平衡机构包括三轴云台，三轴云台包括连接在无人机下方的横向旋转轴、连接在横向旋转轴下方的Z字形第一臂杆、位于Z字形第一臂杆下方的倒U字形第二臂杆、连接在Z字形第一臂杆与倒U字形第二臂杆之间的俯仰旋转轴。其中，对于为消防水枪供水的来源，可以采用消防水枪自带方式，也可以采用消防水枪接入到火灾附近安置的公共消防栓或者其他消防设施，以方便消防水枪能随时随地取得灭火水源；上述技术方案中，无人机牵引消防水枪的高空灭火装置上设置三轴云台，一方面固定消防水枪，在消防水枪通过喷水对火灾灭火过程中具有平衡无人机的作用，另一方面是通过操控三轴云台在空间三个维度转动，带动消防水枪转动，使得消防水枪瞄准火灾的火势密集处进行喷水灭火，提高灭火效率，达到精准灭火。Z字形第一臂杆与倒U字形第二臂杆均采用碳纤维材料制成。

作为优选，倒U字形第二臂杆包括固定杆、连接在固定杆左侧的左支撑杆、连接在固定杆右侧的右支撑杆，由固定杆、左支撑杆、右支撑杆组合形成的倒U字形第二臂杆，既能提高工作灵活性，又具有较高的牢靠性和平衡能力。

作为优选，固定杆上设有通过螺丝紧固在固定杆上的铁箍，消防水枪穿过铁箍安装在固定杆上。上述技术方案中，用铁箍固定消防水枪，防止消防水枪脱落，同时将消防水枪放在三轴云台中间位置，能够加强三轴云台的平衡无人机的效果。

作为优选，铁箍内侧安装有橡胶。上述技术方案中，铁箍内侧安装橡胶，防止铁箍与消防水枪、供电线缆不断摩擦，发生磨损的情况，同时又能防止消防水枪、供电线缆滑落。

作为优选，还包括探测机构，探测机构设在左支撑杆底部和/或右支撑杆底部，探测机构包括用于采集图像数据和/或视频数据的摄像头。上述技术方案中，探测机构还可以是传感器，如烟雾传感器；同时摄像头上还设有图像处理装置，能够提高火灾现场的图片或视频画面的清晰度。

作为优选，无人机还包括上位机，上位机包括用于控制无人机飞行位置的遥控器、用于控制三轴云台旋转的操作杆、用于接收并显示探测机构传输信息的显示器。上述技术方案中，通过探测机构发回的现场视频与图片，能够帮助消防人员更好的操作无人机，进行更好的灭火。

作为优选，消防水枪由消防车供水，消防车包括消防车本体、消防水箱和消防水泵，消防水泵一端与消防水箱连接，消防水泵另一端与消防水带连接，消防水带与消防水枪连接。采用消防车与无人机联动进行供水灭火，提高了灭火效率。

作为优选，还包括供电装置，供电装置包括供电电源、可拆卸的固定设于消防水带上并穿过铁箍的供电线缆，供电线缆一端与供电电源连接，供电电源另一端与无人机连接。通过上述技术方案，通过设置供电装置，能够延长无人机的灭火时间。

作为优选，无人机上还设有通过无线通信信号与上位机连接的无线信号收发装置。

作为优选，消防水枪为直喷无后坐力消防水枪或喷雾无后坐力消防水枪或喷自卫水幕无后坐力消防水枪或上述多种消防水枪的组合，消防水枪内部设有用于控制水流的电磁阀。上述技术方案中，电磁阀的设置能够控制水流的大小与通断。

本实用新型具有的有益效果是：实现了高空灭火，提高了工作效率，节省了人力物力；在无人机上设置三轴云台，一方面固定消防水枪，在消防水枪喷水过程中平衡无人机，另一方面是通过操控三轴云台在空间三个维度转动，带动消防水枪转动，瞄准火灾处，提高灭火效率，达到精准灭火；消防水枪口设置电磁阀，能够控制水流的流速；设置供电装置，能够延长无人机的持续灭火时间。

附图说明

图1是本实用新型的无人机结构示意图。

图2是本实用新型的三轴云台结构示意图。

图3是本实用新型的工作示意图。

图4是本实用新型的具体实施流程图。

图5是本实用新型摄像头上后续电路的方框图。

图中：1、无人机，2、无线信号收发装置，3、Z字形第一臂杆，4、俯仰旋转轴，5、横向旋转轴，6、供电线缆，7、消防水带，8、消防水枪，9、电磁阀，10、三轴云台，11、铁箍，12、倒U字形第二臂杆，121、左支撑杆，122、右支撑杆，123、固定杆，13、摄像头，14、供电电源，15、消防车本体，16、消防水箱，17、消防水泵

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，包括可旋转的固定设在无人机1下方的平衡机构，消防水枪8固定设在平衡机构上；平衡机构包括三轴云台10，三轴云台10包括连接在无人机1下方的横向旋转轴5、连接在横向旋转轴5下方的Z字形第一臂杆3、位于Z字形第一臂杆3下方的倒U字形第二臂杆12、连接在Z字形第一臂杆3与倒U字形第二臂杆12之间的俯仰旋转轴4。三轴云台10上设有伺服电机，用于控制横向旋转轴5和俯仰旋转轴4，横向旋转轴5上设有第一伺服电机，俯仰旋转轴4上设有第二伺服电机。

如图2所示，倒U字形第二臂杆12包括固定杆123、连接在固定杆左侧的左支撑杆121、连接在固定杆右侧的右支撑杆122。

如图1所示，固定杆123上设有通过螺丝紧固在固定杆上的铁箍11，消防水枪8穿过铁箍11安装在固定杆123上。铁箍11内侧安装有橡胶。无人机牵引消防水枪8的高空灭火装置还包括探测机构，探测机构设在左支撑杆121底部和/或右支撑杆122底部，探测机构包括用于采集图像数据和/或视频数据的摄像头13。摄像头13为红外热成像相机摄像头和视频摄像头。红外热成像相机通过探测目标的红外热辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将火灾现场的温度分布图像转换成视频图像，其包含焦平面探测器、后续电路、图像处理软件三部分，焦平面探测器用于感知火灾现场的温度分布，并转换为微弱的电信号；后续电路将微弱的电信号进行电子学放大和逻辑处理，从而能够清晰地采集到火灾现场的温度分布情况；图像处理软件则对上述放大后的输出电信号进行处理，呈现为火灾现场的温度分布的可见光像。红外热成像相机的距离火灾现场在0.5米到60米时，显示器会形成图像。当无人机靠近火灾现场的距离为到10米以下时，红外热成像相机会反馈信号给显示器，显示器会发出警告信号，防止火灾现场的高温导致消防水带软化。红外热成像相机摄像头拍摄热成像数据和采集温度值数据后，反馈给上位机上的显示器。

如图5所示，红外热成像相机和视频摄像头都包括后续电路，后续电路包括DSP单元、图像传感器单元、CDS/AGC图像处理单元和输出单元，图像传感器单元采集信号经CDS/AGC图像处理单元取样放大后，输入给DSP，经过DSP处理后，通过输出单元输出；

本实施例中，还包括有可见光采集单元、控制单元和两个以上存储有不同图像效果调整程序的存储单元，可见光采集单元的信号输出端输出可见光信号给控制单元，控制单元控制与DSP连接的存储单元，存储单元采用EEPROM，可见光采集单元采用光敏电阻，控制单元采用MCU或电子控制开关。

本实施例中的后续电路的具体工作过程如下：通过CDS/AGC图像处理单元对图像传感器产生的输出波形进行取样保持并放大后，输入给DSP，DSP调用存储单元内存储的图像效果调整程序对CDS/AGC图像处理单元输出的图像信号进行调整后，经输出单元输入；两个以上存储单元分别存储有不同的图像效果调整程序，各个存储单元分别通过控制单元与DSP的程序输入端连接，可见光采集单元采集外界可见光，并输入控制单元，控制单元根据可见光强度选择与DSP连接的存储单元，DSP调用与之连接的存储单元内的图像效果调整程序对CDS/AGC图像处理单元输出的图像信号进行调整。

本实施例中，后续电路主要包括一个DSP单元、一个图像传感器单元、一个CDS/AGC图像处理单元和一个视频输出单元，图像传感器单元采用CCD(即电荷耦合器件)或COMS(互补金属氧化物半导体器件)，通过图像传感器单元将图像信号转换成电信号。由于CCD传感器的每个像素的输出波形只在一部分时间内是图像信号，其余时间内是复位电平和干扰，为了取出图像信号并消除干扰，要采用取样保持电路，每个像素信号被取样后，由一电容把信号保持下来，直到取样下一个像素信号，对CCD传感器的输出波形进行取样保持，采用CDS单元，即相关双取样电路(Correlated Double Sampling)，经CDS单元进行取样保持后的图像信号需要进行信号放大处理，即AGC，将波形取样保持和信号放大处理合在一起，即CDS/AGC图像处理单元，经过CDS/AGC图像处理单元处理后的图像信号输入DSP，有DSP提供图像传感器的水平、垂直驱动信号，电子快门控制脉冲，读出复位脉冲，还有CDS电路部分的取样保持脉冲，光学黑电平嵌位脉冲，AGC电路部分的控制信号，DSP还实现A/D转换输入功能和D/A转换输出功能。图像信号在DSP中进行处理后，由视频/图像输出单元输出。在存储芯片中存储白天图像效果调整程序，针对白天图像效果调整的白天模式，主要调整的参数有：电子快门自动范围调整为，50分之一秒到10万分之一秒间，调整黑色位准至0.05伏到0.1伏间，调整AGC为6DB，图像的亮度调整为0.8伏到0.9伏间，关闭彩色抑制功能，白平衡方面调整为3600K到9600K间能自动调节正常；在存储芯片中存储夜晚图像效果调整程序，夜视图像效果调整的黑夜模式，主要调整的参数有：电子快门自动范围调整为50分之一秒到5万分之一秒间，黑色位准调整为0.15伏到0.25伏间，色度信号全部关闭，彩色副载波全部关闭，AGC调整为22DB，亮度调整为0.85伏到1伏间，白平衡方面调整为3200K-9600K之间自动调节正常。

如图1所示，无人机还包括上位机，上位机包括用于控制无人机飞行位置的遥控器、用于控制三轴云台10旋转的操作杆、用于接收并显示探测机构传输信息的显示器。操作杆能够控制三轴云台10在空间三个维度上转动，横向旋转轴5能够与无人机1平行的平面做180°旋转，俯仰旋转轴4能够与无人机1垂直的平面做180°旋转。

本实施例中，消防水枪8由消防车供水，消防车包括消防车本体15、消防水箱16、消防水带7、消防水泵17，消防水泵17一端与消防水箱16连接，消防水泵17另一端与消防水带7连接，消防水带7与消防水枪8连接。消防水枪8为直喷无后坐力消防水枪或喷雾无后坐力消防水枪或喷自卫水幕无后坐力消防水枪或上述多种消防水枪的组合，消防水枪8内部设有用于控制水流的电磁阀9。

本实施例中，还包括供电装置，供电装置包括供电电源14、可拆卸的固定设于消防水带7上并穿过铁箍11的供电线缆6，供电线缆6一端与供电电源14连接，供电电源14另一端与无人机连接。

如图3或图4所示，本实施例中无人机牵引消防水枪完成高空灭火的过程如下：

无人机上安装三轴云台10，在三轴云台10上用铁箍11固定消防水枪8和供电线缆6在固定杆123上，消防水枪8连接消防水带7，消防水带7连接消防水泵17，消防水泵17连接消防水箱16；无人机起飞，通过无人机上安装的视频摄像头和红外热成像相机拍摄的视频和图像判断无人机与火灾现场的距离，用无人机遥控器控制无人机调整到最适合灭火的距离，如果无人机过于靠近火源，显示器会发出提示信号；用操作杆控制三轴云台10调整消防水枪8喷射方向，使得消防水枪8瞄准着火点，开启消防水泵17、消防水枪8上的电磁阀9，开始灭火；通过视频摄像头和红外热成像相机判断着火点是否熄灭，熄灭后转其他地方进行灭火，直至大火熄灭，关闭消防水泵17、消防水枪8上的电磁阀9，无人机降落，结束灭火。

Claims (10)

1.一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，其特征在于：包括可旋转的固定设在无人机(1)下方的平衡机构，消防水枪(8)固定设在平衡机构上；平衡机构包括三轴云台(10)，三轴云台(10)包括连接在无人机(1)下方的横向旋转轴(5)、连接在横向旋转轴(5)下方的Z字形第一臂杆(3)、位于Z字形第一臂杆(3)下方的倒U字形第二臂杆(12)、连接在Z字形第一臂杆(3)与倒U字形第二臂杆(12)之间的俯仰旋转轴(4)。

2.根据权利要求1所述的一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，其特征在于：倒U字形第二臂杆(12)包括固定杆(123)、连接在固定杆(123)左侧的左支撑杆(121)、连接在固定杆(123)右侧的右支撑杆(122)。

3.根据权利要求2所述的一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，其特征在于：固定杆(123)上设有通过螺丝紧固在固定杆上的铁箍(11)，消防水枪(8)穿过铁箍(11)安装在固定杆(123)上。

4.根据权利要求3所述的一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，其特征在于：铁箍(11)内侧安装有橡胶。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，其特征在于：还包括探测机构，探测机构设在左支撑杆(121)底部和/或右支撑杆(122)底部，探测机构包括用于采集图像数据和/或视频数据的摄像头。

6.根据权利要求5所述的一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，其特征在于：无人机还包括上位机，上位机包括用于控制无人机飞行位置的遥控器、用于控制三轴云台(10)旋转的操作杆、用于接收并显示探测机构传输信息的显示器。

7.根据权利要求6所述的一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，其特征在于：消防水枪(8)由消防车供水，消防车包括消防车本体(15)、消防水箱(16)、消防水带(7)、消防水泵(17)，消防水泵(17)一端与消防水箱(16)连接，消防水泵(17)另一端与消防水带(7)连接，消防水带(7)与消防水枪(8)连接。

8.根据权利要求7所述的一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，其特征在于：还包括供电装置，供电装置包括供电电源(14)、可拆卸的固定设于消防水带(7)上并穿过铁箍(11)的供电线缆(6)，供电线缆(6)一端与供电电源(14)连接，供电电源(14)另一端与无人机(1)连接。

9.根据权利要求6或8所述的一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，其特征在于：无人机(1)上还设有通过无线通信信号与上位机连接的无线信号收发装置(2)。

10.根据权利要求9所述的一种无人机牵引消防水枪的高空灭火装置，其特征在于：消防水枪(8)为直喷无后坐力消防水枪或喷雾无后坐力消防水枪或喷自卫水幕无后坐力消防水枪或上述多种消防水枪的组合，消防水枪(8)内部设有用于控制水流的电磁阀(9)。